Seismometers, die traditioneel worden gebruikt om aardbevingen te detecteren, hebben bewezen het uiteenvallen van vallende ruimtevaartuigen met grotere nauwkeurigheid te kunnen volgen dan conventionele methoden. Een recente studie, gepubliceerd in Science op 22 januari, beschrijft hoe grondtrillingen veroorzaakt door schokgolven van de terugkeer van het Chinese Shenzhou-15 ruimtevaartuig op 2 april 2024 werden opgepikt door seismische netwerken in Zuid-Californië.
De wetenschap achter de detectie
Terwijl ruimtepuin naar de aarde stort, overschrijdt het de snelheid van het geluid, waardoor schokgolven ontstaan die zich registreren als rimpeleffecten die door seismometers kunnen worden gedetecteerd. Door de sterkte en timing van deze signalen via een netwerk van 127 seismometers te analyseren, konden wetenschappers de hoogte en het traject van het puin schatten. Het systeem kan zelfs identificeren hoe het ruimtevaartuig in meerdere stukken uiteenviel, die elk hun eigen schokgolf veroorzaakten.
Deze methode biedt een aanzienlijk voordeel ten opzichte van bestaande volgsystemen. De huidige monitoring van ruimtepuin is sterk afhankelijk van radar op de grond, die moeite heeft om de terugkeerroutes nauwkeurig te voorspellen zodra fragmenten de hogere atmosfeer binnendringen. Interacties met lucht zorgen ervoor dat puin op onvoorspelbare wijze fragmenteert, vertraagt en van richting verandert, wat leidt tot voorspellingsfouten van honderden kilometers. In het geval van Shenzhou-15 onthulden seismische gegevens dat het ruimtevaartuig ongeveer 30 kilometer ten zuiden van het voorspelde traject van het Amerikaanse Space Command landde.
Van Mars naar de aarde: bestaande technologie aanpassen
De aanpak bouwt voort op technieken die al worden gebruikt om meteoroïden te volgen met behulp van seismische en akoestische gegevens, zowel op aarde als op Mars. Benjamin Fernando van de Johns Hopkins Universiteit, die samenwerkte met NASA’s InSight-missie op Mars, legt uit: “Veel van wat we in dit artikel hebben gedaan, bestaat in essentie uit het toepassen van technieken die voor Mars zijn ontwikkeld en deze opnieuw op de aarde toe te passen.” De InSight-missie demonstreerde het nut van seismometers voor het detecteren van meteoroïde-inslagen op Mars, en maakte de weg vrij voor deze terrestrische toepassing.
Beperkingen en toekomstige implicaties
De nauwkeurigheid van seismische detectie is gekoppeld aan de netwerkdichtheid van seismometers. Sonische knallen planten zich slechts over een afstand van ongeveer 100 kilometer voort, wat betekent dat de schaarse dekking in afgelegen gebieden de mondiale schaalbaarheid van de techniek beperkt. Daniel Stich van de Universiteit van Granada merkt op dat stedelijke gebieden met een hoge seismometerconcentratie de beste resultaten opleveren.
De ongecontroleerde terugkeer naar de ruimte neemt toe naarmate het aantal ruimtevaartuigen in een baan om de aarde ongecontroleerd toeneemt. Vallende fragmenten vormen risico’s voor mensen, infrastructuur en het milieu vanwege giftige brandstoffen, brandbare materialen en incidentele radioactieve componenten. Hoewel seismische monitoring geen waarschuwing vooraf geeft, kan het wel helpen om impactzones snel te beoordelen en besmettingsrisico’s te identificeren.
De succesvolle aanpassing van de seismische volgtechnieken van Mars aan de aarde demonstreert een nieuw en potentieel essentieel instrument voor het beheersen van de groeiende dreiging van ruimteschroot.
De technologie biedt een complementaire benadering van bestaande radargebaseerde systemen, waardoor het algehele situationele bewustzijn wordt verbeterd naarmate het ruimteverkeer zich blijft uitbreiden.
